3. Transnational Science and Policy Panel Information für 36AL 08.01.2014 Konzeptionelles am Modell und Numerisches Modell – notwendige Interaktion zur naturnahen Abbildung von Strömung und Transport
Wolfgang Ufrecht, Ufrecht Amt für Umweltschutz & Stefan Spitzberg, BoSS-Consult MAGPlan-Begleitgruppe 20./21. Februar 2014
Modellbildungsprozess
Abstrahierung
Konzeptionelles K ti ll Modell = Hydrogeologisches Modell
Untersuchung Datengewinnung
Geologisches Modell Geohydraulisches Modell Stoffmodell
System- und Prozessverständnis Arbeitshypothesen
Numerisches Modell MAGPlan-Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
2
Modellbildungsprozess
Untersuchung Datengewinnung
Kein Hintereinander, sondern Nebeneinander
Konzeptionelles K ti ll Modell = Naturnahes Abbild Modellvorstellung g Hydrogeologisches Modell Geologisches Modell Geohydraulisches Modell Stoffmodell
System- und Prozessverständnis Arbeitshypothesen
Numerisches Modell MAGPlan-Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
3
Systemy und Prozessverständnis: Werkzeuge g
Tracertests
Hydrochemie
Isotope / Umwelttracer
Forensik: Anthropogene p g Spurenstoffe
ImmissionsPumpversuche
IPV in MAG 11 10.
Absenkung (m)
1.
0.1
0.01
0.001 1.
10.
100.
1000.
1.0E+4
1.0E+5
Zeit (sec)
Einschränkung von Freiheitsgraden ! Höherwertige Aussagen Trotzdem: Natursystem nurFebruar zum2014 Teil durchschaubar; vieles nicht verstanden4 MAGPlan–Begleitgruppe 21./22.
Diskrepanzen Natursystem – Modell Ek Erkennbar b b beii Q Quantifizierung tifi i und d numerischer i h Nachbildung N hbild
+ Randbedingungen
DurchlässigkeitsVerteilung
Piezometerhöhenverteilung Grundwasserströmung
265
Systemrelevanz hinterfragen
260 255
calcu ulated
250 245 240 235 230 225 220 220
Bochinger Horizont Unterkeuper Limestone
Kalibrierung: Variation der Flüsse oder Durchlässigkeitsverteilung
Zurück ins Konzept. Modell bzw. Feld Unschärfen, die aber über Gradient und Richtung der Grund5 MAGPlan-Begleitgruppe 21./22. Februar 2014 wasser-Strömung und des Transports bestimmen! 230
240
observed
250
260
(Variation kfh und kfv)
Durchlässigkeitsverteilung g g (Homogenzonen) ( g ) Gewinnung aus Punktdaten, (Datenlage insgesamt gut) Berücksichtigung geol. a priori Wissen (Aquifergenese) Aquifer
Anzahl der Werte
Quartär
389
Mittlerer Gipshorizont
189
Dunkelrote Mergel g
256
Bochinger Horizont
388
Grundgipsschichten
37
Grenzdolomit
154
Unterkeuper
113
Ob Oberer M Muschelkalk h lk lk
116
über 1.600 Werte
MAGPlan-Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
6
Durchlässigkeitsverteilung Grundgipsschichten Konzeptionelles Modell Gipskarst
ausgelaugtes teilausgelaugtes Gebirge Gebirge
MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
unausgelaugtes Gebirge
7
Durchlässigkeitsverteilung Grundgipsschichten Grundgipssc c te schichten
MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
8
Durchlässigkeitsverteilung Grundgipsschichten Grundgipssc c te schichten
1000 mg/l 500 250 100
MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
9
Durchlässigkeitsverteilung Grundgipsschichten Grundgipssc c te schichten
LCKW-Fahnen
Verifizieren V ifi i von Hypothesen bzw. Modellvorstellungen durch numerisches Modell
SchadensHerd 1
MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
Schadensherd 2 10
(Lineare) Strukturen und deren hydraulische Wirksamkeit
K Karströhren t öh Oberer Muschelkalk, Gipskeuper Vernetzung Vernetzung, Homogenisierung
Tektonische Strukturen Verwerfungen, g Zerrüttungszonen: stauend, leitend, vertikal verbindend
MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
Genaue Lage und Geometrie hydraulische Funktion
? 11
Erkennen von Strukturen:
Schichtlagerungskarte Sc c t age u gs a te MAGPlan-Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
12
Örtliche Erkundung (Einzelfallbetrachtung) Länge der Struktur Versatzbetrag Verhalten der Gesteine
Hohe Detailgenauigkeit im Einzelfall, aber keine Möglichkeit der Auflösung i Ei in Einzugsgebietsskala bi t k l (Ab (Abstrahierung) t hi ) MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
13
Störungen und deren hydraulische Wirksamkeit: Konzeptioneller Ansatz, Arbeitshypothese Muschelkalk Länge g der Struktur Versatzbetrag Verhalten der Gesteine
MAGPlan-Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
14
Strukturen im Modell Oberer Muschelkalk: Versatzbetrag > 50% der Aquifermächtigkeit q g >> undurchlässig (Barriere)
GW-Gleichen Oberer Muschelkalk Modelra M d l um
Steuern Potentialhöhen und Strömungsrichtung Vorgehen bei kleineren Versatzbeträgen ? MAGPlan-Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
Verwerfungen mit Barrierefunktion 15
Lokale Grundwasserströmung und Fahnenverlauf Identifizierung von Schadensfällen als Quelle für Kontamination des Grundwassers im Muschelkalks
Schadensfall mit Auswirkung auf den Oberen Muschelkalk
Strömung und Transport im Muschelkalk (Fahnenverlauf Richtung Mineralquellen)
City-Reinigung Klenk
GWM 172
Wachter
?
Fahnenverlauf F h l f Richtung Mineralquellen
Querstörungen mit kleinem Versatzbetrag, deren hydraulische y Wirkung zunächst nicht bekannt Beispiel p Umfeld GWM 172 = Fahnenspitze
Marwitz & Hauser
MAGPlan-Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
16
Iterationsschritte Bereich GWM 172 Weiterer Fahnenverlauf Ohne LCKW max 12 DCE 0,5 , TCE
2 PCE
LCKW in Spuren (< 5 µg/l) 1 PCE
LCKW > 5 µg/l
B3a
B6
B7a
0 LCKW
0 LCKW B2
B19
GWM 172
2 TCE
15 PCE, 5 TCE B16 B14
B15 B1
B4
MAG 12 35 PCE , 10 TCE
B10
40 PCE
20 PCE , 10 TCE
LCKW Konzentrationssprung LCKW-Konzentrationssprung LCKW-Spezieswechsel
MAGPlan-Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
17
Grundwasserströmung • Sprung in Piezometerhöhenverteilung; • Geometrie des Absenktrichters • Diagnostischer Plot: Staugrenze Visualisierung der hydraulischen Wirkung Im numerischen Modell ohne Struktur nicht abbildbar, aber: Genaue Übertragung (Parameter?) nicht möglich (wie „dicht“ „dicht ist dicht ?)
MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
18
Informationen aus Markierungsversuchen Mögliche Transportrichtung ? GWM 174
GWM 172
Versuch 1998: 1,7 Billionen Microspheres in GWM 172 Rückgewinn von 14 Stück, davon 8 in GWM 174 (andere GWM noch nicht vorhanden) MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
19
Stauwirkung mit „gehemmter“ Durchströmung GWM 174
MAG 8
Abteufen f MAG G 8: Umfangreiche Tests und Analytik Ergebnis: Potentialsprung bestätigt sich Grundwasseralterung g mo oben: schadstofffrei mo unten Spuren von LCKW (je 1 µg/l PCE PCE, TCE) MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
20
Stauwirkung vollständig, ohne Durchströmung Arbeitshypothese MAG 8: • Bohrung nicht im Abstrom von GWM 172, d.h. • Umströmung MAG 8 • GWM 174 soll angeströmt werden (Markierungsversuch Microspheres) Variation: Länge g der dichten Verwerfung g
MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
21
Überprüfung Üb üf der d Arbeitshypothese A b it h th im i Feld: F ld Neue Informationen Markierungsversuch 2014 geplant: Eingabe von SF6 Besseres Versuchsfeld Höhere Nachweisempfindlichkeit (10-15 g/l)
MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
22
Überprüfung p g der Arbeitshypothese yp Konsistenz Strömung und Transport Konzentrationsganglinie GWM 174 im Vergleich zu GWM 172
?
Prozessverständnis
GWM 172 GWM 174
MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
23
Z Zusammenfassung: f Bedeutung der konzeptionellen Modelle bei Integralem Altlastenmanagement, Altlastenmanagement Bedeutung der Werkzeuge zur Gewinnung neuer Informationen, Kombination von Werkzeugen schränkt Freiheitsgrade ein, Notwendigkeit des iterativen Vorgehens zwischen konzeptionellem und numerischem Modell, Verifizierung g von Arbeitshypothesen yp durch numerisches Modell Schrittweises Verbessern von konzeptionellem und numerischem Modell. Konsistenz von Strömung und Transport, belastbare Modellvorstellung
MAGPlan–Begleitgruppe 21./22. Februar 2014
24
